مقالات آموزشی

آنتی فوم سیلیکونی

محصولات آنتی فوم سیلیکونی در صنایع شوینده

فوم یک عارضه جانبی معمولی شستشوی ماشین با شوینده‌های مایع یا پودر است. اما فقط سورفاکتانت‌های موجود در فرمولاسیون شوینده نیستند که مسئول ایجاد فوم هستند. حرکت لباس‌های شسته شده در طول چرخه شستشو، دما، سختی آب، قدرت یونی، pH و بار ماشین، نوع لباسشویی و درجه آلودگی نیز از عوامل مؤثر هستند.

فوم برای کیفیت شستشوی لباس‌ها بسیار مهم است. در حد اعتدال، از لباس‌های شسته شده محافظت می‌کند. اما مقدار زیاد آن می‌تواند بر عملکرد دستگاه و روند شستشو تأثیر بگذارد و علاوه بر این، مصرف آب را افزایش می‌دهد. عوامل آنتی فوم سیلیکونی وسیله‌ای بسیار کارآمد و قابل اعتماد برای کنترل کف در فرمول‌های شوینده و افزایش فرآیندها هستند.

علاوه بر این، عوامل آنتی فوم سیلیکونی نیازهای مصرف‌کنندگان مدرن را برای محصولات سالم از نظر زیست محیطی که شستشوی مناسبی دارند، کارکردن آسان و صرفه‌جویی در مصرف آب و انرژی را برآورده می‌کند.

تشکیل فوم در ماشین‌های لباسشویی

انواع مختلف ماشین لباسشویی در سراسر جهان استفاده می‌شود. اروپایی‌ها عمدتاً از ماشین‌های لباس‌شویی با محور افقی استفاده می‌کنند. این‌ها به دلیل عملکرد عالی شستشو مشهور هستند. با این حال، آن‌ها در حین شستشو کف زیادی تولید می‌کنند.

مشکل این است که در طول چرخه شستشو، لباس‌های شسته شده به طور مداوم به سمت بالا و خارج از مشروب شستشو داخل درام بیرون‌زده می‌شود. هنگامی که دوباره به مشروب می‌افتد، هوا را با آن جذب می‌کند – و این باعث ایجاد کف می‌شود. بنابراین کنترل فوم برای این نوع ماشین‌ها ضروری است.

در ماشین‌های لباس‌شویی که دارای محور عمودی هستند، لباس‌های شسته شده در طول شستشو در مشروب شستشو باقی می‌مانند و توسط همزن به جلو و عقب منتقل می‌شوند. فوم بسیار کمتری تولید می‌شود و نیازی به کنترل سطح کف شدن مواد شوینده نیست.

در حقیقت ، مواد شوینده برای این ماشین‌ها اغلب نیاز به تقویت‌کننده فوم برای افزودن دارند.

سورفکتانت در فرمولاسیون شوینده

سورفکتانت‌ها یکی از عوامل فعال موجود در شوینده‌ها هستند. آن‌ها کشش سطحی آب را کاهش می‌دهند و بنابراین مایع شستشو را قادر می‌سازد تا الیاف نساجی را به راحتی خیس کند. آن‌ها همچنین به مایع شستشو کمک می‌کنند تا خاک را که اغلب چرب است مرطوب کند. آن‌ها با استفاده از مکانیسم به اصطلاح رول، خاک را از روی الیاف حذف می‌کنند. در نهایت، سورفکتانت‌ها به امولسیون خاک کمک می‌کنند تا در مایع شستشو باقی بماند و دوباره روی الیاف رسوب نکند.

یکی از ویژگی‌های سورفکتانت‌ها قابلیت کف شدن است. کودکان با این ویژگی بسیار آشنا هستند زیرا از آن برای حباب زدن استفاده می‌کنند: فرو بردن یک حلقه پلاستیکی در سورفاکتانت و آرام آرام فیلم سورفاکتانت که در حلقه ایجاد شده است را به صورت حباب در می‌آورند.

سورفکتانت‌ها در سطح مشترک هوا و آب جمع می شوند. با این کار، آن‌ها به اصطلاح لامل‌های فوم را تثبیت می‌کنند. سورفکتانت‌ها از نظر توانایی ایجاد کف سازی متفاوت هستند.

  • سورفکتانت‌های آنیونی بر اساس سولفونات های آلکیل بنزن خطی که عمدتاً در شوینده‌ها استفاده می‌شوند، به ویژه در دماهای پایین تمایل زیادی به کف شدن دارند.
  • سورفکتانت‌های غیر یونی، اتوکسیلات الکلی در دمای پایین به طور گسترده کف می‌کنند. هنگامی که محلول های آن‌ها در بالای نقطه ابر سورفکتانت‌های تشکیل‌دهنده گرم می شوند، کف را متوقف می‌کنند و حتی ممکن است خواص کف زدایی از خود نشان دهند.
  • آلکیل اتر سولفات‌ها در دمای بالا کف می‌کنند در حالی که آلکیل پلی گلیکوزیدها به طور گسترده‌ای کف می‌کنند و لایه‌های بسیار پایداری تولید می‌کنند. همه کسانی که از شامپو استفاده کرده‌اند با این موضوع آشنا هستند.

فوم در لباسشویی

میزان تولید فوم در ماشین لباسشویی به عوامل مختلفی بستگی دارد – اول، نوع ماشین و برنامه شستشو.

مارک‌های مختلف ماشین لباسشویی حجم متفاوتی از کف تولید می‌کنند. به عنوان مثال، یک ماشین لباسشویی درجه یک نسبت به نوع پایین خود، فوم بسیار کمتری تولید می‌کند. عوامل مؤثر دیگر عبارتند از سورفکتانت‌های تشکیل‌دهنده، غلظت آن‌ها و کشش سطحی.

میزان کف دهی نیز بر اساس دما، سختی آب، قدرت یونی، pH و بار ماشین، نوع لباسشویی و کثیف بودن آن تعیین می‌شود.

آیا واقعا کف برای شستن لباس‌ها ضروری است؟

فوم چندین کار مهم را در شستشو انجام می‌دهد. در طول چرخه شستشو ، مانند یک “بالش” عمل می‌کند تا لباس‌ها را از نیروهای مکانیکی درگیر محافظت کند. این اثر در درجه اول در شوینده‌های با کف بالا برای پارچه‌های ظریف مورد استفاده قرار می گیرد. اشکال آن این است که کف زیاد خیس شدن الیاف را توسط مایع شستشو کاهش می‌دهد و اثر پاک‌کنندگی را مختل می‌کند. این امر در مطالعات علمی نشان داده شده است.

میزان فوم مورد نیاز برای شستشو در درجه اول به کاربر بستگی دارد. مردم سراسر جهان دیدگاه‌های متفاوتی در این باره دارند. اما به طور کلی، همیشه به مقدار معینی نیاز است زیرا در غیر این صورت مصرف‌کنندگان تصور می‌کنند که فرمول شوینده به درستی کار نمی‌کند.

فوم چیست؟

فوم را می توان به عنوان پراکندگی گاز در مایع تعریف کرد. چگالی پراکندگی تقریباً برابر گاز است. در حالی که مایعات خالص حباب ایجاد می‌کنند، کف‌سازی برای کاهش کشش سطحی مایع نیاز به وجود یک سورفاکتانت دارد.

آنتی فوم سیلیکونی
آنتی فوم سیلیکونی
آنتی فوم سیلیکونی
آنتی فوم سیلیکونی

حباب‌های گاز از قانون استوک پیروی می‌کنند، که می‌گوید حباب‌های گاز بزرگتر سریعتر از حفره‌های کوچک بالا می‌روند. حباب‌های داخل یک مایع کروی هستند، اما در یک سطح چند وجهی هستند.

آنتی فوم سیلیکونی
آنتی فوم سیلیکونی

گرانش و اختلاف فشار بین حباب و مایع اطراف باعث می‌شود حباب گاز شروع به خشک شدن کند. لایه‌های فوم، که ضخامت آن‌ها ۱-۶۰۰ میکرومتر است، بطور فزاینده‌ای نازک می‌شوند، تا اینکه در نهایت گاز خارج شده و حباب ترکیده می‌شود.

آنتی فوم چگونه کار می‌کند؟

برای درک کف‌زدایی، لازم است بفهمیم که چگونه فوم در درجه اول تثبیت می‌شود. هنگامی که اثر اصطلاحاً مارانگونی به میان می‌آید، فوم تثبیت می‌شود. این به نوبه خود بر اساس “کشش گیب” است. لایه فوم الاستیک است زیرا کشش سطحی با تغییر در سطح حباب گاز تغییر می‌کند.

در یک لایه فوم، مولکول‌های سورفاکتانت تمایل دارند در قسمت پایین متمرکز شوند. این باعث ایجاد شیب در کشش سطحی می‌شود، که باعث می‌شود مولکول‌های سورفاکتانت در لایه به سمت بالا کشیده شوند. هنگام انجام این کار، مایعات را با خود حمل می‌کنند.

ین فوم “مرطوب” یا “پویا” در برابر حمله مواد شیمیایی آنتی فوم آسیب‌پذیر است. یکی از نمونه‌های آن حباب‌های شامپاین است – که الکل موجود در شامپاین به سرعت از بین می‌برد.

چندین مکانیسم وجود دارد که بر اساس آن‌ها عوامل آنتی فوم سیلیکونی کار می‌کنند:

  • گسترش – جذب مایعات
  • پل زدن – آبگیری
  • پل زدن – کشش

گسترش جذب مایعات

در این مکانیزم، یک قطره آنتی فوم به لایه‌های فوم نفوذ می‌کند. مایع سیلیکونی روی سطح فیلم پخش می‌شود و به دلیل اثر مارانگونی، آب بصورت شعاعی از قطرات سیال خارج می‌شود. لایه‌های فوم در مجاورت قطرات مایع نازک شده و در نهایت پاره می‌شوند.

آنتی فوم سیلیکونی
آنتی فوم سیلیکونی

الف) قطره سیلیکونی آنتی فوم روی لاملا فوم پخش می‌شود و/یا وارد آن می‌شود.

ب) پخش شدن روغن بر روی سطح فیلم فوم منجر به مارانگونی می‌شود.

جریان آب به صورت شعاعی از قطره روغن، منجر به نازک شدن فیلم و پارگی آن می‌شود.

ج) لایه فوم نازک و نازک می‌شود.

  • لایه می‌شکند
  • هوا خارج می‌شود
  • حباب فرو می‌ریزد

پل زدن – آبگیری

در این مکانیزم، یک قطره سیلیکون مایع آنتی فوم در لایه‌های فوم نفوذ می‌کند. مولکول‌های سورفاکتانت در سطوح ورقه‌های فوم از سطح سیلیکون مهاجرت می‌کنند و در نتیجه در مجاورت قطرات سیلیکون “آبگیری” می‌کنند. لاملا فوم در مجاورت قطره سیلیکون نازک شده و در نهایت پاره می‌شود.

آنتی فوم سیلیکونی
آنتی فوم سیلیکونی

الف) قطره سیلیکونی آنتی فوم روی لاملا فوم پخش می‌شود و/یا وارد آن می‌شود.

ب) آبگیری قطرات آنتی فوم شروع می‌شود.

سورفکتانت‌ها از قطرات سیلیکون دور می‌شوند.

ج) لایه فوم نازک و نازک می‌شود.

  • لایه می‌شکند
  • هوا خارج می‌شود
  • حباب فرو می‌ریزد

پل زدن – کشش

در اینجا، قطرات مایع آنتی فوم مانند سایر مکانیسم‌ها در کف نفوذ می‌کند. قطره مایع پلی روی لاملای فوم ایجاد می‌کند. از آنجا که فشار مویرگی در مایع-آب با فشار در سطح سیال-هوا متفاوت است، قطرات مایع آنتی فوم سیلیکونی کشیده می‌شود. اگر بیش از حد کشیده شود، لاملا در نازک‌ترین قسمت قطره مایع ضد فوم کشیده پاره می‌شود.

این امر همچنین باعث کاهش اندازه اصلی قطرات مایع آنتی فوم می‌شود.

آنتی فوم سیلیکونی
آنتی فوم سیلیکونی

الف) قطره سیلیکونی آنتی فوم روی لاملا فوم پخش می‌شود و/یا وارد آن می‌شود.

ب) پس از تشکیل پل روغنی، در اثر فشارهای مویرگی جبران‌ناپذیر در واسط روغن-آب و روغن-هوا کشیده می‌شود.

ج) سرانجام، پل روغنی در نازک ترین منطقه مرکزی خود پاره می‌شود

  • لایه می‌شکند
  • هوا خارج می‌شود
  • حباب فرو می‌ریزد

برای عملکرد آنتی فوم، چندین شرایط ترمودینامیکی باید رعایت شود.

این‌ها با ضرایب گسترش، نفوذ و پل زدن توضیح داده می‌شوند، همانطور که در معادلات زیر نشان داده شده است:

  • S = σAW – σOW – σOA> 0 (لازم برای جذب سیال پخش‌کننده؛ برای همه مکانیسم‌ها مفید است)
  • E = σAW + σOW – σOA> 0 (لازم برای همه مکانیسم‌ها)
  • B = σAW۲ + σOW۲ – σOA۲> 0 (لازم برای پل زدن -کشش)
  • σAW = کشش سطحی محیط کف‌ساز (هوا-آب)
  • σOA = کشش سطحی عامل آنتی فوم (روغن-هوا)
  • σOW = کشش بین عامل آنتی فوم و محیط کف ساز (روغن آب)

برآورد این پارامترها دشوار است زیرا اگرچه می‌توان آن‌ها را با اندازه‌گیری کشش سطحی تعیین کرد، اما چنین اندازه‌گیری‌هایی معمولاً در شرایط تعادل انجام می‌شود. با این حال، تشکیل و تخریب فوم فرآیندهای پویایی است. بنابراین، از این پارامترها می‌توان فقط برای تخمین خواص آنتی فوم استفاده کرد.

سینتیک عملکرد آنتی فوم

چه چیزی اثربخشی عامل آنتی فوم را در این شرایط پویا تعیین می‌کند؟

ابتدا باید بر مانعی که از نفوذ قطرات سیلیکون به لایه‌های فوم جلوگیری می‌کند، غلبه کرد. ماهیت این سد بستگی به نوع و غلظت مولکول سورفاکتانت در سطح مشترک لایه‌های فوم دارد. ذرات آب دوست در قطرات سیلیکون می‌توانند مانع را پایین بیاورند. این ذرات، که ممکن است ذرات سیلیس باشند، نباید کاملاً آب‌دوست باشند، زیرا در غیر این صورت با سیلیکون تعامل ندارند. بلکه باید بین میزان آب دوستی مناسب ذرات سیلیس و اثربخشی بهینه عامل ضد فوم تعادل برقرار شود.

همچنین میزان گسترش آنتی فوم مهم است. بازده پخش تابعی از ویسکوزیته است. روغن‌های کم ویسکوزیته بسیار سریعتر پخش می‌شوند. سرعت پخش بالا به ویژه هنگامی که لایه‌های جدید فومی همچنان در حال شکل گیری هستند اهمیت دارد.

در صورت جدا شدن فاز سیلیس و مایع باقی‌مانده، عوامل آنتی فوم سیلیکونی می‌توانند غیرفعال شوند. که منجر به تشکیل سیلیس غیر فعال و قطرات بدون سیلیس می‌شود. علاوه بر این، لایه نازک سیلیکونی که از پخش شدن روی سطح لایه فوم ایجاد می‌شود ممکن است از بین برود یا در یک مایع با سورفکتانت بالا، عامل آنتی فوم ممکن است امولسیون شود.

پارامترهای مهم برای کف‌زدایی کارآمد

در عمل، اثربخشی عوامل آنتی فوم سیلیکونی در کنترل کف در سیستم‌های غنی از سورفاکتانت با چندین پارامتر مهم تعیین می‌شود.

نوع سورفکتانت

نوع سورفکتانت و غلظت آن هم رفتار کف‌ساز در مایع و هم اثربخشی عامل آنتی فوم را تعیین می‌کند. زیرا، سورفکتانت‌های مورد استفاده بر ضریب پخش، نفوذ و پل دهی عامل آنتی فوم اثر می‌گذارد. به طور کلی، کشش سطحی عامل آنتی فوم باید کمتر از مایع کف‌ساز باشد. سورفاکتانت همچنین بر میزان زهکشی لاملا فوم و امولسیون قطره سیلیکون تأثیر می‌گذارد.

نیروهای برشی

نیروهای برشی همچنین تأثیر قاطعی بر ماندگاری کف‌زدایی دارند. نیروهای برشی زیاد اندازه قطرات آنتی فوم را کاهش می‌دهند و تأثیر آن را کمتر می‌کنند. علاوه بر این، نیروهای برشی و جذب هوا – مانند زمانی که لباس‌ها در درام ماشین لباسشویی بیفتند – باعث ایجاد حباب های جدید و به همراه آن‌ها، لایه‌های فوم جدید می‌شود. این لایه‌های فوم مصرف عامل آنتی فوم را افزایش می‌دهد.

اجزای ترکیب آنتی فوم سیلیکونی

ترکیب آنتی فوم سیلیکونی تأثیر عمیقی بر اثربخشی آن در عمل دارد. نقش اصلی در اینجا سیلیس مورد استفاده در فرمولاسیون است. برای پایین آوردن مانعی که مانع نفوذ قطرات آنتی فوم در لایه‌های فوم می‌شود ضروری است.

سیلیس نباید کاملاً آبگریز باشد، بلکه فقط باید تا حدی آبگریز باشد. مطالعات توسط گروهی از محققان نشان داده انست که میزان مطلوبی از آبگریز وجود دارد که در آن عامل آنتی فوم بیشترین اثر را در یک مشروب سورفاکتانت آبی نشان می‌دهد.

اندازه ذرات قطرات آنتی کف

نکته آخر اینکه اندازه ذرات قطرات آنتی فوم بر اثربخشی عامل آنتی فوم تأثیر می‌گذارد. این باید در محدوده قطر لاملا فوم باشد. از طرف دیگر، امولسیون‌ها با افزایش اندازه ذرات اساساً ناپایدار می‌شوند. بنابراین فرمولسازهای امولسیون عامل آنتی فوم باید در دستیابی به نسبت مناسب اثربخشی <=> ثبات <=> سازگاری یک عامل آنتی فوم در فرمول غنی از سورفاکتانت مهارت داشته باشند.

گرانروی

ویسکوزیته عامل آنتی فوم دارای کاربردهای بیشتری است. این پارامترهای مهم پردازش مانند سهولت پمپاژ و اندازه‌گیری و پراکندگی در فرمول مشتری را تعیین می‌کند.

شرایط مورد نیاز برای عملکرد عوامل آنتی فوم

برای دستیابی به بهترین نتیجه، یک عامل آنتی فوم باید شرایط زیر را برآورده کند:

  • کشش سطحی کمتر از محیط کف ساز
  • عدم حلالیت در مایع کف‌کننده
  • مانع کنتی فم نفوذ لاملا فوم توسط قطرات آنتی فوم
  • پراکندگی سریع و همگن در مایع کف‌کننده

منبع:

دلشاد دست مرد

دکتری شیمی دانشگاه صنعتی شریف - فعال در حوزه خرید و فروش مواد شیمیایی

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

دکمه بازگشت به بالا
برای مشاوره تماس بگیرید